СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ «ФИЗИКА И ТЕХНИКА»

THE CONTENT OF THE DISCIPLINE «PHYSICS AND TECHNOLOGY»

Arailym Igilik

master-student, department of physics, Kostanay Regional University,

Kazakhstan, Kostanay

Vladimir Poezzhalov

scientific advisor, Candidate of Ph and M sciences, professor, Kostanay Regional University,

Kazakhstan, Kostanay

АННОТАЦИЯ

Изменившаяся парадигма образования требует изменения и совершенствования содержания образования. Во все большей степени на рынке труда требуются специалисты обладающие не набором знаний, а специалисты, умеющие находить информацию, обладающие широким кругозором. Подготовка выпускников технического вуза должна строиться как целевая комплексная программа, направленная на конечный результат – будущую профессию. Следовательно целью спецкурсов по физике для этих студентов является не сколько усвоение фундаментальных физических знаний,  а формирование умений применения законов физики в объектах профессиональной деятельности, т.е. как они используются при решении конкретных инженерных задач. Предлагаемый спецкурс направлен именно на это и должен способствовать повышению конкурентоспособности выпускников.

ABSTRACT

The changed paradigm of education requires changing and improving the education’s content. To an increasing extent, the labor market requires specialists who don’t have a set of knowledge, but specialists who are able to find information, who have a broad outlook. The training of graduates of a technical university should be built as a targeted comprehensive program aimed at the final result– the future profession. Therefore, the purpose of special courses in physics for these students is not so much the assimilation of fundamental physical knowledge, but the formation of skills in applying the laws of physics in the objects of professional activity, i.e., how they are used in solving specific engineering problems. The proposed special course is aimed at this and should contribute to improving the competitiveness of graduates.

Ключевые слова: Инженерное образование, профессиональная ориентация учащихся, физическое содержание технических устройств, физика и техника, специалисты широкого профиля.

Keywords: Engineering education, professional orientation of students, physical content of technical devices, physics and engineering, specialists of a wide profile.

Развитие современного общества требует нового качества знаний. Характерная особенность современной философии образования состоит в том, что здесь готовят не специалистов узкого профиля, а людей с нестандартным мышлением и широким кругозором, способных быстро реагировать на меняющиеся запросы рынка. Как рынка труда, так и рынка интеллектуального. Ранее практиковавшаяся подготовка узких специалистов сменилась требованиями подготовки людей с широким кругозором, обладающих знаниями по многим смежным дисциплинам. При определении содержания дисциплины «Физика в технике» была проанализирована концепция образовательных программ технических специальностей, естественнонаучной специальности «Физика» и программа педагогической специальности «Физика» с тем, чтобы определить, куда ей предстоит развиваться в ближайшей перспективе [1, c.148].

Физическое знание очень сложно по своей природе и состоит из совершенно различных компонентов, многие из которых совершенно неявным образом проявляются в жизни и на производстве. Поэтому спектр методологических приемов сегодняшнего преподавателя физики не может быть узким. Далеко не каждый выпускник программы «Физика» станет профессиональным физиком и знаниеинженерной составляющей физики должна способствовать более простой адаптации выпускника, решившего посвятить себя инженерной профессии. Так же как и выпускнику инженерной специальности знание физических основ работы машин и механизмов поможет проще освоить свою специальность непосредственно в выбраной области пероизводства. Так же как и учителю физики помогут знания основ производственной деятельности для привлечения к своему предмету учащихся, имеющих технический склад ума. Каждому нужно научиться тому главному, что несет эта дисциплина, наверное, лучше других специалистов: извлекать ценные сведения из фрагментарных, малодостоверных, а то и в какой-то степени сомнительных свидетельств работы механизма, процесса или явления. Полученные навыки обработки информации, основанной на кооперативном знании физических законов и принципов работы технических устройств являются ключевыми для многих сегодняшних и завтрашних профессий. А если к методологической искушенности добавить еще и широту культурного и профессионального горизонта, то выпускники, получившие такую подготовку, явно не рискуют остаться без куска хлеба [2, c. 44–51].

Современные тенденции развития образования менее требовательны к знаниям основных фактов и формул всей физики. Современные информационные технологии легко компенсируют это, давая формулы в любой гаджет. А вот умение разобраться в первопричине явления, способах его устранения или, наоборот, улучшения ценятся особо высоко. Именно эти знания в систематизированном виде будут изучаться в курсе «Физика и техника», что делает этот курс достаточно своевременным и актуальным [3, c. 196].

Курс охватывает почти все разделы физики. Причем в первую очередь приводятся в несколько упрощенном виде и с минимальным количеством формул материал, известный студентам из изученого уже предмета  «Физика». Выделяются основные моменты, имеющее важное значение в технических устройствах и приводятся примеры реализации этих законов.

Так в разделе, посвященном механике приводятся данные об источниках силы в технике и показано, что в для работы технических устройств необходиму эту силу преобразовывать.– передавать при помощи механизмов передачи в различные места механизма, делить и умножать эту силу, преобразовывать направление движения. Здесь же рассказывается о сложности сложения различных сил в технических устройствах, вынуждающих инженеров строить не просто большие, а гигантские машины.

В качестве примера устройств, существенно увеличивающих мощность приводится явление удара. Показана физическая суть явления, определен режим использования удара для совершения деформации и движения и показаны условия осуществления на примерах из техники и описаны механизмы, работа которых основана на явлении удара.

Так уж повелось, что трение в основном считают вредным и много вопросов посвящено именно способам его уменьшения. В курсе рассказывается о физической стороне процесса уменьшения трения и приводятся примеры уменьшения трения, реализованые в технике. В разделе рассматриваются машины и механизмы основаные на применении именно силы трения как производительной силы. Интересным, с точки зрения инженеря чвляется раздел, посвященный конусу трения. На основании знания физических явлений в конусе трения приводятся физическое обоснование работы разьемных соединений, использование специальных устройств, предотвращающих самоотвинчивание. Определенный интерес для инженеров представляет изучение  формулы Эйлера – физическую основу работы ременных и тросовых приводов. В курсе подробно описывается как теоретическая основа, так и примеры технических устройств.

Плохо отраженное в курсе физики явление застоя играет важную роль в технических устройствах. В курсе «Физика в технике» этому вопросу уделено достойное внимание. Обосновывается неопределенность показаний (погрешность)  электроизмерительных приборов и способы устранения явления. Здесь же рассматривается и важная роль явления застоя и  трения для реализации самого движения, организации тягового усилия и подробно рассматривается физика движения транспортных средств, торможения и управляемости. Затрагиваются вопросы способов торможения и показан наиболее безопасный.

Получение и сбережение энергии является трендом настоящего времени. В курсе «Физика в технике» этому вопросу посвящен раздел о аккумулировании энергии. Определяется важность экономного использования энергии и сложность ее аккумулирования. Рассмотрены методы аккумулирования механической энергии и показаны наиболее перспективные устройства. С технической стороны знание способов аккумулирования механической энергии поможет созданию устройств, требующих для совершения работы больших мгновенных мощьностей, которые и будут брать энергию этих аккумуляторов.

Колебания являются одной из самых распространенных форм движения материи. Периодические процессы распространены в в мире как живой, так и не живой природы. Значительная часть технических устройств также соберщают колебательные движения, что заставляет более подробно изучить физику этого процесса. Поэтому в этом разделе курса изучаются формы колебаний на уровне физического процесса, а затем проводится паралель между описаным физическим движением и техническими устройствами. И одним из наиболее ярко выступающих явлений в колебательном процессе является явление резонанса. Основываясь на личном опыте и наблюдении явления рассказывается о применении вибрации для совершения транспортировки и сортировки сыпучих продуктов, совершения механической работы и движения. Резонансу уделяется особое внимание, поскольку в механике его проявление бывает чрезвычайно полезным и, с другой стороны, может послужить причиной катастроф и разрушений.

При рассмотрении проявления сил инерции в технике приводится масса примеров по действию инерционных механизмов, – от регулятора Уатта до центробежного литья. Показывается, что использование сил инерции всегда необходимо учитывать при рассмотрении любой формы движения. В частности при вращательном движении механизмов рассматриваются различные виды неуравновешаности и способы его устранения балансировкой различных роторов.

При изучении раздела гидростатики обосновывается принцип остойчивости плавательных средств и возникновение тяги. Для технических устройств важным разделом является раздел гидродинамики, который в технике носит собственное название гидравлики. Рассмотрев уравнение Бернулли обучающиеся понимают, что движущийся поток жидкости может быть использован для совершения работы, причем способ обладает абсолютно идеальными возможностями передачи силы в любое место. При рассмотрении гидродинамического и аэродинамического сопротивлений приводятся примеры расходывания энергии движущихся кораблей, автомобилей и самолетов в значительной степени на преодаление этого сопротивления и рассматриваются способы его снижения. Из раздела молекулярной физики важными для понимания проявления физических закономерностей в технических устройствах являются процессы смачивания и несмачивания и теплового расширения. Основываясь на знании физических процессов на молекулярном уровне будущему инженеру легче понять молекулярные процессы, на которых основаны технологические процессы пайки, сварки и склеивания, что чрезвычайно важно в  инженерной практике. Учет теплового расщирения в технике позволяет для будущего инженера острее осознать необходимость существования в любом техническом устройстве, инженерном сооружении или машине тепловых зазоров и способов их уменьшения.

Разделы физики «Электричество и магнитизм» в технике представлены необходимостью борьбы с электростатикой зачастую сильно вредящей различным технологическим процессам и даже приводящей к авариям. В то же время техника широко использует электростатическое окрашивание, существенно повышающее качество обработки. В этом разделе рассматриваются и особености эксплуатации однопроводной электропроводки на транспортных  и иных средствах. Магнитизм широко используется в технике для дистанционного управления процессами (электрические тормоза и муфты), включения и выключения электрической нагрузки и тому подобное.

При изучении раздела оптики акцентируется внимание на инфракрасном обогреве помещений, обладающего рядом преимуществ по сравнению с конвекционным. Особенно ярко это проявляется в производственных помещениях с большой высотой. Показывается, что основываясь на явлении избирательного поглащения света используются в технике устройства экспрес определения состава сплава или выхлопных газов. Это позволяет существенно упростить регулировку процесса и повлиять на экологию.

Раздел атомной физики находит свое применение в технике достаточно широко. Это и применение безопасных радиоактивных меток на продукции, исключающие подделку и управление технологическими процессами опасных производств, где необходимо определять уровни агрессивных или ядовитых жидкостей, а так же жидкого металла в емкостях. Применение самосветящихся красок или использование радиоактивных веществ в борьбе с электростатической электризацией тоже является важной сферой использования радиоактивных материалов в технике.

Естественно, что описаные темы и разделы не охватывают всего многообразия приенения физики в технике, быту и на производстве. Поэтому авторы предполагают, что можно рассмотреть вопрос о проведении нескольких спецкурсов по физике для студентов технических специальностей, которые на протяжении первых лет обучения в вузе будут способствовать усилению фундаментальности специальных дисциплин и ориентировать их на будущую профессиональную деятельность.

Таким образом, введение спецкурсов по физике в процесс подготовки студентов технических специальностей позволит усилить фундаментальную и профессиональную составляющие инженерного образования.

Список литературы:

1. Масленникова, Л.В. Взаимосвязь фундаментальности и профессиональной направленности в подготовке по физике инженерных кадров [Текст] / Л. В. Масленникова. – М. : МПГУ, 1999. – 148 с.
2. Кечемайкин, В. Н. Особенности организации подготовки студентов инженерных специальностей в современных условиях развития машиностроения / В. Н. Кечемайкин [и др.] // Вестник Мордовского университета. – 2015. – Т. 25, № 1. – С. 44–51. DOI: 10.15507/VMU.025.201501.044
3. Поезжалов, В. М. Физика в технике. Учебное пособие [Текст] / В. М. Поезжалов. – Костанай : КГУ им. А.Байтурсынова, 2020. – 196 с.